Decaimento de objetos quânticos macroscópicos em condensados de Bose-Einstein longe do equilíbrio

• Processo: 24/20641-5
• Modalidade de apoio: Bolsas no Brasil - Doutorado
• Data de Início da vigência: 01 de abril de 2025
• Data de Término da vigência: 31 de agosto de 2028
• Área de conhecimento: Ciências Exatas e da Terra - Física - Física Atômica e Molecular
• Pesquisador responsável: Vanderlei Salvador Bagnato
• Beneficiário: Leandro Alvares Machado
• Instituição Sede: Instituto de Física de São Carlos (IFSC). Universidade de São Paulo (USP). São Carlos , SP, Brasil
• Assunto(s): Turbulência quântica
• Palavra(s)-Chave do Pesquisador: decaimento | Superfluido | turbulência quântica | vórtice | Condensados de Bose-Einstein fora do equilíbrio

Resumo

Embora o processo de decaimento dos estados excitados de átomos, devido à interação com os modos do mundo exterior, seja relativamente bem compreendido, o mesmo fenômeno em sistemas de muitos corpos ainda é pouco explorado. Assim como os modos externos acoplados a um átomo determinam seu decaimento, o fenômeno deve ocorrer de forma análoga em sistemas de muitos corpos. Neste projeto, utilizaremos um condensado de Bose-Einstein interagente como o sistema de muitos corpos e investigaremos o decaimento de um vórtice de carga superior como uma excitação do superfluido. Vórtices de carga superior, de forma análoga aos átomos excitados, devem decair em vórtices de carga unitária. Este decaimento pode ser acelerado ou retardado, dependendo das condições de interação do vórtice com o superfluido como um todo. Essa dinâmica é comparável a uma "eletrodinâmica de cavidade" envolvendo objetos quânticos macroscópicos, um fenômeno inédito. No estudo proposto, simularemos a introdução de um vórtice de carga q = 2 ou q = 4 em um condensado aprisionado por um potencial externo e investigaremos o decaimento em função de diversas condições externas. Serão consideradas flutuações temporais do potencial, flutuações da interação de dois corpos (comprimento de espalhamento), flutuações térmicas e configurações onde dois vórtices de carga q = 2 são colocados no mesmo superfluido para estudarmos a influência do decaimento de um no outro. Também será introduzido impurezas delta repulsivas em regime oscilatório para complementar a análise do decaimento de vórtices. Além disso, consideraremos flutuações térmicas, analisando sua influência no sistema em diferentes estados de equilíbrio, desde a presença de poucos vórtices até a completa perda de coerência. Observaremos processos de estabilização dinâmica e estímulo ao decaimento, bem como o impacto do espectro de ondas sonoras no comportamento de decaimento. Este estudo busca revelar efeitos inéditos na estabilidade e nas formas de decaimento de objetos quânticos macroscópicos, permitindo a identificação de processos de estabilização dinâmica e de estímulo ao decaimento. Por fim, exploraremos como esses fenômenos influenciam a geração e o decaimento de turbulência no superfluido, investigando os caminhos de relaxação do sistema até o retorno ao equilíbrio e comparando-os com o processo de ordenamento espontâneo de fase na formação do superfluido, regido pelo mecanismo de Kibble Zurek.